Структура и свойства чугунов

В микроструктуре чугуна следует различать металлическую основу и графитные включения.

В зависимости от углерода, связанного в цементит, различают несколько видов чугунов:

Белый Чугун – весь углерод находится в виде Fe3C. Структура чугуна – перлит и ледебурит.

Половинчатый чугун – большая часть углерода (свыше 0,8%) находится в виде Fe3C.

Структура чугуна – перлит, ледебурит и пластичный графит.

Перлитный серый чугун. Структура – перлит и пластинчатый графит.

В том чугуне 0,7 - 08%углерода, и он находится в виде Fe3C, входящего в состав перлита.

Ферритно-перлитный серый чугун. Структура - перлит, феррит и пластичный графит. В этом чугуне в зависимости от степени распада эвтектоидного цементита в связанном состоянии находится от 0,7 до 0,1% С.

Ферритный серый чугун. Структура – феррит и пластичный графит. В этом случае весь углерод находится в виде графита.

Из структуры серых чугунов видно, что их металлическая основа похожа на структуру эвтектоидной стали, доэвтиктоидной стали и железа. Следовательно, по структуре чугуны отличаются от стали тем, что в чугунах имеются графитовые включения, что предопределяет их специфические свойства.

Металлическая основа в серых чугунах обеспечивает наибольшую прочность и износостойкость, если она имеет перлитную структуру. Присутствие в структуре феррита, не увеличивая пластичности и вязкости чугуна, снижает его прочность и износостойкость. Наименьшей прочностью обладает ферритный серый чугун.

Графит в чугунах может быть следующих основных форм.

Пластичный графит. В обычном чугуне графит образуется в виде прожилок лепестков; такой графит называется пластичным.

Шаровидный графит. В высокопрочных чугунах, выплавленных с присадкой небольшого количества магния, графит преобразуется в шаровидную форму.

Вермикулярный графит. Пластичная форма графита ухудшает свойства чугуна, поэтому разработаны методы плавки или последующей обработки, при которых изменяется, форма графита и улучшаются свойства чугуна. В настоящее время получают серый чугун с волокнистой (червеобразной) формой графита. Такой графит получил название вермикулярного.

Хлопьевидный графит. Если при отливке получить белый чугун, а затем, используя неустойчивость, цементита, путем отжига его разложить, то образующийся графит приобретает равновесную форму. Такой графит наз. хлопьевидным или углеродом отжига. На практике чугуны с хлопьевидным графитом называют ковким чугуном.

Таким образом, чугун с пластинчатым графитом называют обычным серым чугуном, чугун с шаровидным и вермикулярным графитом – высокопрочным чугуном, чугун с хлопьевидным графитом – ковким чугуном.

Влияние примесей

Обычный промышленный чугун не является двойным железоуглеродистым сплавом, а содержит те же примеси, что и углеродистые стали. Эти примеси существенно влияют главным образом на условия графитизации и, следовательно, на структуру и свойства чугуна.

Количество марганца в чугуне не превышает 1,25-1,4%. Марганец препятствует процессу графитизации, то есть затрудняет выделение графита и повышает способность чугуна к отбеливанию.

Сера – вредная примесь, ухудшающая механические и литейные свойства чугуна, поэтому ее содержание ограничивают до 0,1-0,12%. В сером чугуне сера образует сульфиды (FeS, MnS) или их твердые растворы (FeS, Mn) S.

Содержание фосфора в сером чугуне – около 0,2%, допускается иногда – 0,5%. При повышенном содержании фосфора в структуре чугуна образуются твердые включения фосфидной эвтектики. Образование эвтектики улучшает литейные свойства чугуна (повышает жидкотекучесть), повышает общую твердость и износостойкость, однако увеличивает хрупкость чугуна.

Кремний – особенно сильно влияет на структуру чугуна, усиливая графитизацию. Содержание кремния в чугунах колеблется в широких пределах – от 0,03-0,5до 3-5%. Изменяя содержание кремния, можно получить чугуны, совершенно различные по свойствам и структуре: от белого до ферритного (серого с пластинчатым графитом или высокопрочного с шаровидным графитом).

Кроме этих постоянных примесей в чугун часто вводят и другие элементы. Такие чугуны называются легированными. Преимущественно чугун легируют хромом, никелем, медью, алюминием, титаном. Хромом препятствует графитизации чугуна, а медь и никель способствуют ей.

Серые чугуны

В структуре серых чугунов большая часть или весь углерод находится в виде графита. Наибольшее применение нашли доэвтектические группы, содержащие 2,4-3,8% С. Чем выше содержание С, тем больше образуется графита и тем ниже содержание С, тем больше образуется графита и тем ниже его механические свойства. В связи с этим количество углерода в чугуне обычно не превышает (хорошей жидкотекучести) углерода должно быть не меньше 2,4%.

Поскольку структура чугуна состоит из металлической основы и графита, то и свойства чугуна будут зависеть от свойств металлической основы и количества и характера графитных включений.

Графит по сравнению со сталью обладает ничтожно низкими механическими свойствами, и поэтому графитные включения можно считать в первом приближении просто за пустоты, трещины. Отсюда следует, что чугун можно рассматривать как сталь, но испещренную большим количеством пустот и трещин.

Чем больше объема занимают эти пустоты, тем ниже будут свойства чугуна. При одинаковом объеме пустот, то есть количестве графита, свойства чугуна будут зависеть от его формы и расположения.

Чем меньше графитовых включений, чем они мельче и больше степень изолированности их друг от друга, тем выше прочность чугуна. Чугун с мелкими и завихренными графитными включениями обладает более высокими свойствами.

Разрушающая нагрузка при сжатии в зависимости от структуры чугуна в 3-5 раз больше, чем при растяжении, поэтому нужно использовать для изделий, работающих на сжатие.

Пластинки графита менее значительно, чем при растяжении, снижают прочность при изгибе, так как часть изделия при этом испытывает сжимающие напряжения. Предел прочности при изгибе имеет промежуточное значение между пределом прочности на растяжение и пределом прочности на сжатие.

Твердость чугуна в зависимости от металлической основы равна 143-255 НВ.

Сказанное относится главным образом к серому чугуну с пластинчатыми включениями графита. По мере округления графитных включений их данное отрицательное влияние уменьшается.

Округлые включения шаровидного графита не создают резкой концентрации напряжений; такие включения не являются трещинами, и чугун с шаровидным графитом показывает значительно более высокую прочность при растяжении и изгибе, чем чугун с пластинчатым графитом. Отсюда и название чугуна с шаровидным графитом – высокопрочный чугун. Ковкий чугун с хлопьевидным графитом занимает промежуточное положение по прочности между обычным серым и высокопрочным чугуном.

Таким образом, прочность чугуна (в отношении нормальных напряжений) определяется строением металлической основы и формой графитных включений.

Благодаря наличию графита чугун имеет некоторые преимущества перед сталью:

- наличие графита облегчает обрабатываемость резанием, делает стружку ломкой;

- графит повышает износостойкость и антифрикционные свойства чугуна вследствие собственного «смазывающего» действия и повышения прочности пленки смазки;

- наличие графитных включений быстро гасит вибрации и резонансные колебания;

- чугун почти не чувствителен к дефектам поверхности, надрезам и т.д. Графит, нарушая оплошность металлической основы, делает чугун малочувствительным ко всевозможным внешним концентраторам напряжений (дефектам поверхности, надрезам, выточкам и т.д.). Вследствие этого серый чугун имеет примерно одинаковую конструктивную прочность и в отливках простой формы или с ровной поверхностью, и в отливках сложной формы с надрезом или плохо обработанной поверхностью;

- следует также указать на превосходство чугуна перед сталью по литейным свойствам. Более низкая температура плавления и окончание кристаллизации при постоянной температуре (образование эвтектики) обеспечивают лучшую жидкотекучесть и заполняемость формы.

Указанные достоинства чугуна делают его ценными конструкционным материалом, широко применяемым для изготовления деталей машин, главным образом тогда, когда детали не испытывают значительных растягивающих и ударных нагрузок.

Серый чугун маркируется буквами С (серый) и Ч (чугун). После букв следуют цифры, указывающие среднее значение временного сопротивления при растяжении.

Серые чугуны по свойствам и применению можно разделить на следующие группы.

Ферритные и ферритно-перлитные чугуны (СЧ10,СЧ15) имеют при растяжении Qв 10-15 кгс\мм2 (100-150МПа), при изгибе – 28-32 кгс/мм2(280-320 МПа). Их примерный состав: 3,5-3,7%С; 2,0-2,6%Si;0,5-0,8% Mn; <=0,3% Р;<=0,15% S. Структура чугуна – перлит, феррит и графит грубый и средних размеров. Эти чугуны применяют для изготовления малоответственных деталей, испытывающих небольшие нагрузки в работе с толщиной стенки отливки 10-30мм.Так,чугун СЧ10 используют для изготовления строительных колон, фундаментных плит, а чугуны СЧ15 и СЧ18 – для литых малонагруженных деталей станков, автомобилей и тракторов, арматуры.

Перлитные чугуны (СЧ21, СЧ32, СЧ36, СЧ40) применяют для отливки станин мощных станков и механизмов, поршней цилиндров, деталей, работающих на износ в условиях больших давлений (компрессорное, турбинное литье, дизельные цилиндры, блоки двигателей, детали металлургического оборудования). Структура этих чугунов – мелкопластинчатый перлит (сорбит) с мелкими завихренными графитными включениями. К перлитным чугунам относятся так называемые сталистые и модифицированные чугуны.

Сталистые чугуны (СЧ24, СЧ28) получают выплавкой с добавлением в шихту 20-30% стального лома;

Чугуны имеют пониженное содержание углерода, что обеспечивает получение более дисперсной перлитной основы с меньшим количеством графических включений. Содержание кремния в этих чугунах должно быть достаточным для предотвращения возможности отбеливания чугуна.

Модифицированные чугуны (СЧ30, СЧ36, СЧ40, СЧ45) получают добавлением в жидкий чугун перед разливкой специальных модификаторов. Модифицирование применяют для получения в крупных отливках с различной толщиной стенок перлитной основы с вкраплением небольшого количества изолированных пластинок графита средней величины.

Модифицированию подвергают низкоуглеродистый чугун, содержащий небольшое количество кремния и повышенное количество марганца. Примерный состав чугуна до модификаций: половинчатый чугун, то есть ледебурит, перлит и графит (2,8-3,3% С; 1,0-1,5%Si; 0,8-1,2% Mn; не более 0,3%Р и 0,12%S).

Для снятия литейных напряжений и стабилизации размеров чугунные отливки отжигают при 500-700С. В зависимости от формы и размеров отливки выдержка при температуре отжига составляет 3-10ч.

Охлаждение после отжига медленное, вместе с печью. После такой обработки механические свойства изменяются мало, а внутренние нагрузки снижаются на 80-90%. Иногда для снятия напряжений в чугунных отливках применяют естественное старение чугуна – выдержка их на складе в течение 6-10 месяцев. Такая выдержка снижает напряжения на 40-50%.

Антифрикционные чугуны

Антифрикционные чугуны применяют для изготовления подшипников скольжения, втулок и других деталей, работающих при трении о металл, чаще в присутствии смазки. Эти чугуны должны обеспечивать низкое трение, то есть антифрикционность. Антифрикционность определяется формой графита и соотношением перлита и феррита в основе.

Антифрикционные чугуны с глобулярными графитом изготавливают двух марок: АЧВ-1 – с перлитной структурой и АЧВ-2 – с повышенным содержанием кремния и ферритно-перлитной структурой.

АЧВ-1 предназначен для работы в узлах трения с повышенными окружными скоростями в паре с закаленными или нормализованным валом. Чугун АЧВ-2 применяют в паре с нетермообработанным валом.

Перлитный чугун, содержащий повышенное количество фосфора (0,3-0,5%), используют для изготовления поршневых колец. Высокая износостойкость колец обеспечивается металлической основой, состоящей из тонкого перлита и фосфидной эвтектики при наличии пластинчатого графита.

Белый и отбеленные чугуны

Белый чугун вследствие присутствия в нем цементита обладает высокой твердостью, хрупок и не поддается обработке резанием, поэтому имеет ограниченное применение.

Отбеленными называются чугуны, в которых поверхностные слои имеют структуру белого (или половинчатого) чугуна, а середина – структуру серого чугуна.

Отбел на некоторую глубину (10-30мм) является следствием быстрого охлаждения поверхности, возникающего в результате отливки чугуна в металлические формы (кокиль) или в песчаную форму.

Высокая твердость поверхности (НВ = 400-500)обуславливает хорошую сопротивляемость износу. Поэтому из отбеленного чугуна изготавливают прокатные валки листовых станов, колёса, шары для мельниц.

Вследствие различной скорости охлаждения и получения разных структур отливка имеет большие внутренние напряжения, для снятия которых отливки подвергают термообработке, то есть их нагревают при 500-550 С.

Высокопрочные чугуны

Выше говорилось о том, какое большое значение для качества чугунов имеет форма и размер графитных включений.

Степень графитизации зависит от содержания графитизирующих примесей и скорости охлаждения.

Размер и форма графитных включений зависят от этих факторов, а также от наличия в жидком чугуне центров кристаллизации. Наличие большого числа центров кристаллизации в виде различных частичек способствует образованию структуры мелкого графита.

Для этого в жидкий чугун перед разливкой его по формам вводят не большую добавку модификаторов. Чаще для этой цели применяют Mg (0,03- 0,07%). В результате процесса кристаллизации графит принимает шаровидную форму. Шаровидный графит, имеющий минимальную поверхность, значительно меньше ослабляет металлическую основу чугуна, чем пластинчатый. Шаровидный графит не является активным центром концентрации напряжений.

Чугуны с шаровидным графитом имеют более высокие механические свойства, не уступающие литой углеродистой стали, сохраняя при этом хорошие литейные свойства и обрабатываемость резанием, способность гасить вибрации, высокую износостойкость.

Маркируют высокие чугуны буквами ВЧ, затем следуют цифры. Цифры показывают среднее значение временного сопротивления при растяжении (кгс/мм): чугуны марок ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70, ВЧ80, ВЧ100, ВЧ120 имеют перлитную металлическую основу, ВЧ45 – перлитно-ферритную, ВЧ38, ВЧ42 – ферритную.

Для указания формы графита иногда в маркировке ставят буквы ШГ (шаровидный графит) или ВГ (вермикулярный графит). Например: ВЧШГ – высокопрочный чугун с шаровидным графитом, ВЧВГ – высокопрочный чугун с вермикулярным графитом.

Для снятия внутренних напряжений, повышения механических свойств чугуны подвергают термообработке.

Отливки из высокопрочных чугунов широко используют в различных отраслях: в автопромышленности и дизелестроении - для изготовления коленчатых валов, крышек цилиндров: в тяжелом машиностроении – для изготовления многих деталей прокатных станов, кузнечнопрессового оборудования (например, для шабот-Молотов, траверс-прессов, прокатных валов): в химической и нефтехимической промышленности – для изготовления корпусов насосов, вентилей и т.д.

Ковкие чугуны

Ковкими называют чугун с хлопьевидным графитом, который получается из белого чугуна путем специального графитизирующего отжига – томления. Металлическая основа ковкого чугуна –феррит, реже – перлит. Наибольшей пластичностью обладает ферритный ковкий чугун, который применяют в машиностроении.

Химический состав белого чугуна, отжимаемого на ковкий чугун, выбирают в следующих переделах: 2,2-2,8% С; 0,6-1,4% Si; Mn<=0.4%; S<=0,1%; Р<=0,2%

Для ускорения отжига применяют различные меры: чугун модифицируют Алюминием (реже – бромом, висмутом и другими элементами), повышают температуру нагрева чугуна перед разливкой, применяют перед отжигом старение, чаще в процессе нагрева до температуры отжига при 350-400С повышают температуру стадии графитизации, но не выше 1080С.

Ковкий чугун маркируют буквами КЧ и цифрами. Первые две цифры указывают предел прочности при растяжении, вторые – относительное удлинение. Отливки из ковкого чугуна применяют для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках.

Ферритные чугуны КЧ37-12, КЧ35-10 используют для изготовления деталей, испытывающих высокие статические и динамические нагрузки (картеры, ступицы, крюки, скобы), КЧ30-6, КЧ33-8 –для изготовления менее ответственных деталей(головки, хомутики, гайки, фланцы, муфты).

Твердость ферритного чугуна НВ = 163.

Перлитные чугуны КЧ50-4, КЧ56-4, КЧ60-3, КЧ63-2 обладают высокой прочностью, умеренной пластичностью и хорошими антифрикционными свойствами; НВ=240-270.

Из перлитного ковкого чугуна изготавливают вилки карданных валов, втулки, муфты, тормозные колодки. Ковкий чугун применяют главным образом для изготовления тонкостенных деталей – в отличие от ВЧ, который используют для деталей большого сечения.

Легированные чугуны

При легировании чугунов применяются те же элементы, что и при легировании стали (хром, никель, медь, титан, молибден и др.). Чугун с повышенным содержанием кремния (свыше 4%) и марганца (свыше2%) относится к легированным чугунам. В зависимости легирования различают низколегированные (с содержанием легирующих элементов до 1-3%), среднелегированные (3-10%) и высоколегированные чугуны (свыше 10%).

Маркировка легированных чугунов начинается с буквы Ч. Последующие буквы показывают наличие легирующих элементов. Цифры обозначают последовательно среднее содержание легирующих элементов в процентах. Буква III означает, что графит в чугуне имеет шаровидную форму.

Все легирующие элементы изменяют как процесс графитизации при эвтическом превращении, так и процесс формирования металлической основы при эвтектоидном превращении. Они увеличивают устойчивость жидкой фазы и аустенита, способствуя большей степени переохлаждения. Вследствие этого кристаллизация и формирование структуры металлической основы происходят в более благоприятных условиях для получения мелкого и среднего графита и более дисперсной основы. Правильно подбирая содержание основных и легирующих элементов, можно получить ферритную, перлитную, сорбитную, трооститную, мартенситную и аустенитную структуры металлической основы при определенных размерах, форме и распределении графита.

По химическому составу различают несколько групп легированных чугунов: хромистые, кремнистые, алюминиевые, марганцевые и никелевые, а по условиям эксплуатации – жаростойкие, жаропрочные износостойкие, коррозиестойкие и немагнитные. При этом один и тот же легирующий элемент придает чугуну одновременно несколько специальных свойств.

Хромистые чугуны применяют главным образом как жаростойкие, коррозиестойкие и износостойкие материалы. Износостойкость чугуна определяется его структурой и твердостью, большая часть высокохромистых чугунов успешно работает в условиях ударного абразивного изнашивания и истирания.

Кремнистстые чугуны применяют главным образом как окалино- и коррозиестойкие материалы. Механические свойства кремнистых чугунов относительно низкие как при нормальных так и при повышенных температурах и понижаются с увеличением содержания кремния. С целью повышения механических свойств, кремнистые чугуны иногда легируют медью.

Литейные свойства низкокремнистых чугунов мало отличаются от свойства СЧ и ВЧШГ.

Алюминиевые чугуны применяют как жаростойкие и износостойкие материалы. Увеличение содержания АI до 12% приводит к непрерывному снижению прочности, которая в дальнейшем стабилизируется. Максимальную твердость имеют чугуны, содержащие 10-17% АI и свыше 26% АI. Наиболее технологичным является чугун, содержащий 19-25% АI(ЧЮ22), причем чугун с шаровидным графитом обладает повышенной прочностью и жаропрочностью.

Марганцевые чугуны применяют как немагнитные и износостойкие материалы. В марганцевых антифрикционных чугунах, как и в высоконикелевых, медленное охлаждение и отпуск способствуют выпадению большого количества карбидов и снижению легированности аустенита. В структуре антифрикционных марганцевых чугунов содержится 45-55% аустенита и 10-30% карбидов – в литом состоянии; 80-90% аустенита и 5-8%карбидов – после закалки. Именно поэтому твердость чугуна в незакаленном состоянии бывает выше, чем в закаленном (1800-2900 и 1400-1800МПа соответственно).

Никелевые чугуны – немагнитные, коррозиестойкие, жаропрочные и хладостойкие материалы. Прочность и твердость никелевых чугунов возрастает с увеличением содержания Ni, Cr. Аустенитный чугун с ШГ обладает высокой жаропрочностью. Дополнительное легирование повышает жаропрочность. Чугун ЧН20ДГ является жаропрочным и хладостойким материалом.

Термообработка чугунов

Термическую обработку чугунов проводят с целью снятия внутренних напряжений, возникающих при литье и вызывающих с течением времени изменения размеров и формы отливки, снижение твердости и улучшение обрабатываемости резанием, повышение механических свойств.

Различают несколько видов отжига чугунов.

1. Ожиг для снятия внутренних напряжений. Этому виду отжига подвергают чугуны при следующих температурах: серый чугун с пластинчатым графитом – при 55-570С; высокопрочный чугун с шаровидными графитом – при 550-650С; высоколегированный чугун (типа «кирезитс») –при 620-650 С. Скорость нагрева составляет примерно 70-100 град/ч, выдержка при температуре нагрева зависит от массы и конструкции от ливки и составляет от 1 до 8ч.

Охлаждение до 200 С медленное, со скоростью 20-50град/ч, что достигает охлаждением отливки вместе с печью. Далее отливки охлаждаются на воздухе.

При этом отжиге не происходит фазовых превращений, снимаются внутренние напряжения, повышается вязкость, исключается коробление и образование трещин в процессе эксплуатации.

2. Смягчающий отжиг (отжиг графитизирующий низкотемпературный) проводят для улучшения обрабатываемости резанием и повышения пластичности. Его осуществляют продолжительность выдержкой при 680-700С(ниже точки Ас1) или медленным охлаждением отливок при 760-700С. Время выдержки должно быть достаточным для полного и требуемого частичного распада эвтектоидного цементита (для серых чугунов время выдержки 1-4ч, для ковких – до 60ч). Охлаждение медленное для деталей сложной конфигурации.

В результате этого отжига в структуре чугунов увеличивается количество феррита.

3. Отжиг графитизирующий, в результате которого из белого чугуна получают ковкий чугун.

4.Нрмализация (серого и ковкого чугуна) при температуре 850-950С.

Время выдержки должно быть достаточным для насыщения аустенита углеродом и в зависимости от конфигурации изделий составляет от 1 до 3ч.

Охлаждение ускоренное, чтобы аустенит смог превратиться в перлит, и чаще всего осуществляется на воздухе. Для деталей сложной формы охлаждение с температуры 600-550С должно быть замедленное, чтобы уменьшить величину термических напряжений.

В результате нормализации получается: перлит+графит – и повышается прочность и износостойкость.

После нормализации для снятия внутренних напряжений применяется высокий отпуск при 650-680С с выдержкой 1-1,5ч.

Закалка и отпуск чугунов. Для закалки чугун нагревают до 850-959С. Скорость нагрева изделий сложной формы меньше, чем изделий простой формы. Время выдержки обычно составляет от 1 до 3ч. Охлаждение осуществляют в воде или масле. При закалке аустенит превращается в неравновесные структуры: мартенсит или тростит+графит.

После закалки проводят отпуск при температуре 200-600С. В результате повышаются твердость, прочность и износостойкость чугуна.

При изотермической закалке чугун нагревают так же, как и при обычной закалке, выдерживают от 10 до 90 мин и охлаждают в расплавленной соли при 200-400С. При этом происходит изотермический распад аустенита с образованием структуры: игольчатый троостит+графит.

В результате изотермической закалки повышаются твердость и прочность, но сохраняется пластичность.

Возможность поверхностная закалка кислородно-ацетиленовым пламенем, токами высокой частоты или электролите. Температура нагрева -900-1000С. Охлаждение – в воде, масле или масленой эмульсии. При поверхностной закалке в поверхностном слое образуются структуры: мартенсит+графит или троосмартенсит+графит. После отпуска при 200-600С и охлаждения на воздухе повышаются твердость, прочность и износостойкость поверхностного слоя при наличии мягкой сердцевины.

Старение чугунов. Старение применяют для стабилизации размеров отливок, предотвращения коробления и снятия внутренних напряжений.

Естественное старение осуществляют на открытом воздухе или в помещении. Изделия после литья выдерживаются в течении 6-15 месяцев. При естественном старении снижение напряжений в отливках составляет 3-10%.

При вибрационном старении снижение напряжений достигает 10-15%. Во время вибрации в отливке возникают дополнительные временные напряжения, вызывающие локальные пластические деформации чугуна и таким образом повышающие стойкость к короблению.

Старение методом статистической перегрузки отличается тем, что для создания дополнительных временных напряжений деталь подвергают воздействию статистических внешних нагрузок. При этом методе снижение напряжений достигает 1030%.

Старение методом термоударов (термоциклическре старение) осуществляют путем быстрого нагрева и охлаждения всей детали или отдельных ее участков. Стойкость против коробления повышается за счет пластических деформаций, вызываемых временными температурными напряжениями. Общий уровень напряжений снижается на 10-20%. Термоциклическое старение осуществляются по следующему режиму: загрузка в печь и нагрев за 3-3.5ч до350С, выдержка 2-2,5ч, за тем резкое охлаждение (на воздухе), снова поверхностный нагрев (за 1-1,5ч) до 320С, выдержка 4-5ч, охлаждение вместе с печенью до 150-100С.

Искусственное старение осуществляют при повышенных температурах; длительность – несколько часов.

При искусственном старении отливки чугуна загружают в печь, нагретую до 100-200С, нагревают до температуры 555-570С со скоростью 30-60С/ч, выдерживают 3-5ч и охлаждают вместе с печенью со скоростью 20-40С/ч до температуры 150-200С, а затем охлаждают на воздухе. Обычно старение проводят после грубой механической обработки.

7. Маркировка, структура, свойства и области применения цветных металлов и их сплавов

К цветным металлам относятся медь, алюминий, магний, титан, свинец, цинк и олово, которые обладают ценными свойствами и применяются в промышленности, несмотря на относительно высокую стоимость. Иногда, когда это возможно, цветные металлы заменяют черными металлами или неметаллическими материалами (например, пластмассами).

Выделяют следующие группы цветных металлов и сплавов: легкие металлы и сплавы (с плотностью 3.0 г/см 3); медные сплавы и специальные цветные сплавы – мельхиор, незильбер, драгоценные сплавы и т. д.

В промышленности по применению медь занимает одно из первых мест среди цветных металлов. Свойства меди – высокая пластичность, электропроводность, теплопроводность, повышенная коррозионная стойкость. Медь используется в электромашиностроении, изготовлении кабелей и проводов для передачи электроэнергии и служит основой для изготовления различных сплавов, широко применяемых в машиностроении.

Алюминий – легкий металл, который обладает высокой пластичностью, хорошей электропроводностью и коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления электропроводов, посуды, для предохранения других металлов и сплавов от окисления путем плакирования. В машиностроении чистый алюминий применяется мало, потому что имеет невысокие механические свойства. Алюминий является основой для получения многих сплавов, широко применяемых в самолетостроении, авто– и вагоностроении, приборостроении. Алюминиевые сплавы бывают деформированными (упрочняемые при помощи термической обработки и не упрочняемые) и литейными. Дюралюминий – самый распространенный сплав, который используется в деформированном виде и укрепляется при помощи термической обработки.

Магний является наиболее распространенным металлом, имеет серебристо-белый цвет. Большое преимущество магния состоит в том, что это очень легкий металл. Главным недостатком является его малая стойкость против коррозии. Чистый магний не нашел распространения в технике, но применяется в качестве основы для производства легких сплавов.

Установлены следующие марки цветных металлов (ГОСТ):

алюминий – АВ1, АВ2, АОО, АО, А1, А2 и А3;

медь – МО, М1, М2, МЭ, М4;

олово – 01, 02, ОЭ и 04; свинец – СВ, СО, С1, С2, С3, С4;

цинк – ЦВ, ЦО, Ц1, Ц2, Ц3, Ц4;

магний – Мг1, Мг2.

Латуни. По сравнению с чистой медью латуни имеют большую прочность, пластичность и твердость, они более жидкотекучи и коррозионностойки.

Кроме простой латуни, применяются специальные латуни с добавками железа, марганца, никеля, олова, кремния. Количество легирующих компонентов в специальных латунях не превышает 7–8%. Специальные латуни имеют повышенные механические свойства; некоторые из них по прочности не уступают среднеуглеродис-той стали.

По ГОСТу латуни обозначаются буквой Л и цифрой, которая указывает количество меди в сплаве.

Обозначение легирующих компонентов следующее: Ж – железо; Н – никель; О – олово; К – кремний; С – свинец. Количество легирующего компонента указывается цифрами.

Латуни бывают литейные (применяемые для фасонного литья) и подвергаемые обработке давлением. Латунь применяют для изготовления листов, проволоки, гильз, штампованной арматуры, посуды.

Бронзы бывают: оловянные, алюминиевые, кремнистые, никелевые. Оловянные бронзы обладают высокой коррозионной стойкостью, хорошей жидкотекучестью и повышенными антифрикционными свойствами. Из них изготовляют отливки. Простые оловянные бронзы применяются редко, так как введением дополнительных элементов (цинка, свинца, никеля) можно достигнуть лучших свойств при меньшем содержании дефицитного олова.

По ГОСТу оловянные бронзы маркируются буквами БрО и цифрой, которая показывает содержание олова; последующие буквы и цифры показывают наличие и количество в бронзе дополнительных элементов. Для обозначения дополнительных элементов применяют те же буквы, что и при маркировке специальной латуни; цинк обозначается буквой Ц, а фосфор буквой Ф.

Олово – дорогой металл и в практике применяется редко. Заменителями оловянной бронзы являются алюминиевая, кремнистая, марганцовая и другие бронзы.

Алюминиевая бронза применяется с содержанием до 11 % А1. По структуре бронза в основном (до 9,7 % А1) однофазная и представляет твердый раствор алюминия в меди. По механическим свойствам алюминиевая бронза лучше оловянной, она обладает пластичностью, коррозийной стойкостью и износоупорностью.

Недостаток – большая усадка при охлаждении от жидкого состояния, а также в легком образовании окислов алюминия в жидкой бронзе, что ухудшает ее жидкотекучесть. Дополнительные элементы (железо, марганец) повышают ее механические свойства. Кремнистая бронза относится к однородным сплавам – твердым растворам, обладает высокими механическими и литейными свойствами. Заменяет оловянную бронзу. Для повышения свойств в кремнистые бронзы вводятся марганец, никель.

8. Арматура (от лат. armature - снаряжение) элемент железобетонной (стеклопластбетонной, фибробетонной) конструкции, предназначенный для восприятия растягивающих, изгибающих и сдвигающих усилий. Необходимое количество арматуры определяют расчетом элементов конструкций на нагрузки и воздействия. Сталь для нужд строительства (арматурная сталь) подразделяется на две группы - стержневую и проволочную (рис. 1).

Рис. 1. Арматура для железобетонных конструкций: а - стержневая периодического профиля класса А-II; б - то же, классов А-III, А-IV, А-V и А-VI; в - проволочная периодического профиля класса Вр-II; г - арматурные канаты класса К-7; д - арматурные пучки; 1 - вмятины; 2 - анкер; 3 - проволока диаметром 4 - 5 мм; 4 - спираль; 5 - однорядный пучок; 6 - канаты класса К-7; 7 - многорядные пучки

При выполнении арматурных работ следует руководствоваться:
- СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции,
- ГОСТ 10922-90. Арматурные и закладные изделия сварные, соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций,
- СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры.

Арматура для железобетонных конструкций подразделяется:
• по материалу - на стальную и неметаллическую;
• по технологии изготовления - на горячекатаную стержневую диаметром 6-90 мм и холоднотянутую круглую проволочную диаметром 3-8 мм в виде обыкновенной или высокопрочной проволоки, а также арматурных канатов и прядей;
• по профилю - на круглую гладкую и периодического профиля. Арматура периодического профиля имеет фигурную поверхность, чем достигается ее лучшее сцепление с бетоном;
• по принципу работы в железобетонной конструкции - на ненапрягаемую и напрягаемую;
• по назначению - на рабочую арматуру, воспринимающую в основном растягивающие напряжения; распределительную, предназначенную для распределения нагрузки между стержнями рабочей арматуры; монтажную, служащую для сборки арматурных каркасов;
• по способу установки - на штучную арматуру, арматурные каркасы и сетки.

Особую группу составляет стальная жесткая арматура в виде тавровых балок и другого проката, применяемая для армирования высотных зданий, специальных сооружений, и так называемая дисперсная арматура в виде рубленого стекловолокна или асбеста, используемая главным образом для армирования цементного камня. Жесткая арматура до отвердения бетона работает как металлическая конструкция на нагрузку от собственного веса, веса подвешиваемой к ней опалубки и свежеуложенной бетонной смеси. Она может быть целесообразна для монолитных большепролетных перекрытий, сильно загруженных колонн нижних этажей многоэтажных зданий и др.

Стержневая арматура

Стержневая арматура выпускается периодического профиля, с расположением выступов по винтовой линии или "елочкой", и в меньших количествах - гладкого профиля. В зависимости от механических свойств стержневую арматуру делят на несколько классов: горячекатаную А-I - А-VI (старое обозначение) или с указанием предела текучести (в новой редакции) А240 - А1000, термомеханически или термически упрочненную Ат-IIIС - Ат-VII или Ат400 - Ат1200.
В настоящее время повсеместно происходит переход на использование в строительном производстве термомеханически упрочненной стержневой арматуры класса А500С диаметром 6 - 40 мм и холоднодеформированной стали того же класса прочности диаметром 4-12 мм, обозначаемого как В500С. Арматура класса А500С рекомендована НИИЖом для повсеместного применения наряду и взамен всех нижележащих классов проволочной и стержневой арматуры номинальных диаметров, в том числе АI - АIII.

Проволочная арматура

Проволочная арматура поставляется двух классов: В-I (В500) (холоднотянутая низкоуглеродистая - для ненапрягаемой арматуры) и В-II (высокопрочная углеродистая - для напрягаемой арматуры). Высокопрочную проволоку изготовляют гладкого и периодического профилей. При обозначении кл

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: